Przystawka do miernika cyfrowego - miliomomierz

Wstęp/założenia
Czasami zachodzi potrzeba pomiaru małych rezystancji poniżej jednego oma. Zwykłe cyfrowe mierniki mają rozdzielczość 0.1 oma (lub 0.01 oma - 4,5 cyfrowe) jednak pomiar na ostatnich cyfrach znaczących nie jest dokładny. Łatwo jest mierzyć małe rezystancje dużym prądem, ale zwykle nie można tego robić w przypadku delikatnych elementów elektronicznych.
Tutaj prezentuję przystawkę do prawie każdego miernika cyfrowego (który ma zakres 200 mV, a więc do prawie każdego), która
to umożliwia. W zależności od wartości jednego rezystora (Rk) daje ona albo 100mV dla 10 mOm albo 100mV dla 100 mOm.
Pomiar odbywa się techniką czterokontaktową (Kelvina/Thompsona), więc końcówki do pomiaru trzeba odpowiednio wykonać
(kontakty prądowe oraz napięciowe łączą się na końcu igły).

Opis konstrukcji
Pomiar odbywa się przy użyciu prądu zmiennego z użyciem prostownika synchronicznego (prosta detekcja fazoczuła).
Prąd pomiarowy jest poniżej 10 mA. Napięcie pomiarowe to 12V, zmieniając diody Zenera można je oczywiście zmniejszyć (i zmniejszyć również prąd).
Wejście to typowa konstrukcja wzmacniacza instrumentalnego (pomiarowego) na 3 wzmacniaczach operacyjnych. Pseudomasa również wytwarzana jest przy użycia dzielnika z buforem na wzmacniaczu operacyjnym. Kolejne 3 wzmacniacze odwracające po prostu wzmacniają sygnał (ostatni to bardziej bufor). Źródłem zmiennego napięcia pomiarowego jest multiwibrator astabilny na tranzystorach. Sygnał z niego używany jest również w prostowniku synchronicznym na 2 tranzystorach Mosfet 2N7000. Ostatni wzmacniacz operacyjny pełni rolę układu całkującego (i dolnoprzepustowego). Zmieniając wartość kondensatora można zmienić stałą czasową pomiaru.
Detektor synchroniczny na tranzystorach Mosfet jest dość nietypowy, zwykle w takim układzie używało się Jfetów. Ja użyłem Mosfetów bo nie miałem Jfetów pod ręką. Wada tego rozwiązania jest taka, że musimy operować w obszarze w którym diody zwrotne Mosfetów nie będą się włączać, a więc poniżej powiedzmy 0.2 V (tam są małe prądy, więc nie jest to typowe 0.6V dla złącza krzemowego). Nie przeszkadza do jednak, ponieważ jest to przystawka do miernika na zakresie 200 mV. Częstotliwość pomiarowa jest rzędu 600 Hz.
Płytka wykonałem tradycyjnie pisakiem i nie zależało mi tu na estetyce.

Opis załączników
Schemat

Płytka

Sondy


Podsumowanie
Do zalet konstrukcji zaliczyłbym:
- brak drogich i specjalizowanych elementów (chociaż jak komuś zależy na precyzji to wzmacniacz pomiarowy powinien zrobić na specjalizowanym układzie wzmacniacza instrumentalnego np. INA128, tutaj CMRR jest limitowany przez dobór rezystorów)
- względna prostota i niska cena
- układ relatywnie dobrze działa
Wady:
- zmiana zakresu wymaga rekalibracji potencjometrem. Właściwie dobrze byłoby mięć ten potencjometr wyprowadzony na obudowę i zerować wskazania przed pomiarem (ma znaczenie też stan końcówek pomiarowych)


Układ zrobiłem już jakiś czas temu, tutaj jest jego prezentacja na YouTube (po angielsku):

Witam,
konstrukcja ciekawa, ale wykonanie troszkę słabiej, Twój pomysł czy opierałeś się o coś?
"sondy" pomiarowe - może pominę milczeniem wykonanie, zauważ że tak wykonane generują błąd pomiarowy, który może być wyższy od samego mierzonego elementu.
Już sam zauważyłeś, że stan końcówek pomiarowych ma znaczenie.
Generujesz sztuczną masę (wspominasz, ale nie dopatrzyłem się na schemacie) to także potencjalne źródło błędów. Dlaczego nie zastosowałeś pełnego symetrycznego zasilania? Podajesz 18 V, więc jak to ma być przenośne, to są 2x 6F22 - gotowe zasilanie symetryczne.
Wspominasz, że relatywnie dobrze działa - relatywnie do czego ?
Pozdrawiam

1. Pomysł jest mój. To nie jest jednak pierwszy układ typu lockin amplifier który zrobiłem, za to jest to układ z najbardziej pospolitych elementów. I moim zdaniem to one (popularne opampy + nieprecyzyjne rezystory) najbardziej limitują osiągi układu.
Nie ma to jednak tu znaczenia, bo układ tutaj nie musi mieć małego dryfu, przed pomiarem można wyzerować wskazanie.

2. Wbrew pozorom sondy nie generują dużego błędu, widziałeś film? Jasne jest że można je zrobić lepiej, ale z tego co miałem pod ręką
zrobiłem to co jest. Większy błąd generuje siła docisku niż same końcówki, i wbrew pozorom, one wcale nie są takie nieprzemyślane.
Na pewno lepiej byłoby jakby były z twardszego materiału niż miedź, ale dzięki temu że są miedziane to błąd jest niewielki, 1-2 miliomów
bo miedź ma mały opór.

3. To jest zasilane z jednego liona przez popularną przetwornice (jakies xlsemi) na 18V. Jakie Twoim zdaniem są błędy związane z pseudomasą?
Ten bufor na opampie nie jest tam przypadkiem (można było dać same rezystory i wtedy Twoja uwaga byłaby zasadna). Baterie 9V mają spory opór wewnętrzny, dla małych
sygnałów, masa mogłaby się bardziej huśtać niż przy pseudomasie. Opamp gwarantuje, że w ramach jego wydolności prądowej napięcie
jest stabilne (różniczkowy opór wyjściowy jest b. mały).

4. Układ wiadomo, że nie jest idealny. Ale w internecie nie ma wielu tego typu opracowań, więc może się komuś przyda.

Pozdrawiam

viayner wrote:

Generujesz sztuczną masę (wspominasz, ale nie dopatrzyłem się na schemacie)

Zaznaczone strzałką...
Na wyjściu tego wzmacniacza jest połowa napięcia Vcc - Vss

Dosyć ciekawą konstrukcją jest przystawka z czasopisma silicon chip.
February 2010: Project: A Milliohm Adaptor for Digital Multimeters by Jim Rowe

Coś jest nie tak z tym układem sztucznej masy - wyjście OPAMPa powinno być do niej podłączone, a tam jest połączenie poprzez rezystor 330k.

Czy taką przystawką można mierzyć opór wewnętrzny naładowanego akumulatora 12V?

acctr wrote:

Wszystko jest ok, potencjał sztucznej masy tworzy dzielnik rezystorów 33k/33k, buforowany przez wtórnik.

Chodzi mi o wyjście tego wtórnika - powinno być połączone do sztucznej masy.

Witam,
trudno dyskutowac o tak nieco niechlujnym schemcie, z tego co widze 4ty OA generuje te sztuczna mase ale jednoczesnie ustala potencjal "masy" na wejsciu + 3go OA ktory jak sadze ma byc roznicowy? i jednoczesnie "masuje" wyjscie 2go OA tego na dole - takie bylo zalozenie?
Pozdrawiam

Zgadza się, ale jest to błąd w układzie wzmacniacza pomiarowego. Dolny rezystor 330k nie powinien iść do masy (ujemnej szyny zas) ale do wyjścia wtórnika (sztucznej masy).[/quote]
Zgadza się, schemat na potrzeby tego filmu na youtube przerysowałem (bo oryginał mnóstwo poprawek jak to uruchamiałem to sobie zaznaczałem) i faktycznie sie pomyliłem przy przerysowaniu.
Załączam oryginał rysunku (jeszcze bardziej niechlujny).

acctr wrote:

LM358 ze swoim offsetem 2mV do takich zastosowań się nie nadaje. Żeby chociaż jeszcze miał wyprowadzenia do jego korekcji, które występują w układach z jednym wzmacniaczem.
To samo z rezystorami w obwodzie wzmacniacza instrumentalnego - powinny być precyzyjne, metalizowane. Z użytymi elementami do miliomomierza mu daleko, co najwyżej wskaźnik konduktancji.
Dobrym rozwiązaniem byłoby rozdzielenie opampów na obudowy pojedyncze lub podwojne i eksperymentowanie z roznymi typami.
Kilku producentów precyzyjnych układów chętnie wysyła próbki. Ich użycie zamiast tego leciwego 358 nie byłoby grzechem a i koszt zerowy.

krzbor wrote:

Coś jest nie tak z tym układem sztucznej masy

Wszystko jest ok, potencjał sztucznej masy tworzy dzielnik rezystorów 33k/33k, buforowany przez wtórnik.

Celem tego projektu było pokazanie że popularne opampy sie nadają. Zresztą w latach 70 i 80 zrobiono mnóstwo profesjonalnych mierników chociażby na 741 (znane amerykańskie firmy). Niezrównoważenie byłoby problemem jakbym chciał mieć całe wzmocnienie w układzie wzmacniacza pomiarowego. O ile niezrównoważenie nie powoduje wychodzenia poza zakres pracy wejść kolejnych wzmacniaczy to nie jest problemem, zresztą z tego powodu jest sprzężenie ac (kondensator) między wzmacniacem pomiarowym a wzmacniaczami odwracającymi.
Jasne że dzisiaj łatwiej wszystko kupić gotowe, ale nie o to chodziło w projekcie. Jak potrzebowałem nie mieć dryfu i mierzyć w sposób ciągły małe opory, to faktycznie lepiej jest użyć precyzyjnych rezystorów i wzmacniaczy np ina128 (dużo go używałem) na wejsciu
a reszta choćby na op27. Ale dla samego pomiary oporu to nie jest konieczne.

puszak wrote:

Czy taką przystawką można mierzyć opór wewnętrzny naładowanego akumulatora 12V?

Bez modyfikacji - nie. Po dodaniu na wejście kondensatorów - być może, chociaż wtedy trzeba też dodać polaryzacje dc wejść wzmacniaczy.
Musiałbym chwile pomyśleć jak to zmodyfikować.
Można do wyjść prądowych dodać 2 antyszeregowo połączone elektrolity np 1000uF. Do wejść napięciowych rezystory
podłączone do pseudomasy np 470k i do sondy przez foliowe kondensatory 1u. Natomiast czy taki opór będzie miarodajny to nie wiem,
bo w akumulatorze ważny jest elektrolit. Opór (impedancja) elektrolitu zależy od częstotliwości, nie wiem czy te 650 Hz nie zafałszuje pomiaru.

Pytanie o co chcesz się kłócić:
- czy o to że ogólnie lepiej użyć pojedynczych układów? Ogólnie lepiej, to prawda. W tym zastosowaniu nie ma to znaczenia. Znaczenie mógł by mieć przesłuch między wzmacniaczami w jednej obudowie (który zwykle jest poniżej 80 dB). Nie przypadkiem są użyte 2 poczwórne
wzmacniacze i są one poukładane tak jak są poukładane.
- czy o to że jak masz precyzyjny układ dc to można kasować offset? Owszem można. W tym zastosowaniu nie jest to potrzebne.
Dobrze też działa, i takiego użyłem jako pierwszego tl074 który ma jeszcze większy offset. Zwykle też większe znaczenie niż offset ma jego dryft termiczny. I to jest to co tak naprawde może być potrzebne, i może mieć sens użyć lepszych scalaków.
- czy o to że Twoim zdaniem ten układ nie działa? No to się mylisz, działa dość dobrze. Zrobiłem go 2 lata temu i działa do dziś.
- czy za cenę większej komplikacji, ten układ może mieć lepsze parametry ? Oczywiscie że tak. I problemy nie są tam gdzie je widzisz.
Największą wadą układu jako takiego, są te mosfety. Trzeba używać zakresu 200mV i nie można używać więcej bo diody zwrotne
przeszkadzają. Jakby to samo
zrobić na JFETach albo tak jak sie to kiedyś robiło na mosfetach z oddzielnym podłożem (3n163) to zakresy możnaby sobie zmieniać w mierniku a nie w przystawce. Ale wtedy dryft miałby o wiele większe znaczenie.


Jeszcze jedna rzecz, która być może powinna była się znaleźć w opisie a nie jest dla każdego jasna. Układ działa trochę jak
wzmacniacz z przetwarzaniem, tzn dryfty dc poszczególnych wzmacniaczy nie mają znaczenia, znaczenie ma dryft
wzmocnienia, dryft integratora i zmiana napięcia generatora (czyli zmiana napięcia diod zenera np z temperaturą).
Dzieje się tak dlatego, że jakikolwiek offset dc odejmuje się na integratorze bo prąd raz płynie w jedną raz w drugą stronę, i synchronicznie
wzmocnienie też jest zmieniane na +/-1 przez omijanie wzmacniacza odwracającego. Szło to też zrobić w formie triku ze wzm. różnicowym ale
wtedy znaczenie miałby opór kluczy. W ten sposób napięcia niezrównoważenia przed integratorem nie mają znaczenia o ile nie nasycają
kolejnego stopnia.

Tanim wzmacniaczem o dużo lepszych parametrach jeśli idzie o offset jest OP07.
W wersji C jest 150uV.

acctr wrote:

yorgus_1978 wrote:

Pytanie o co chcesz się kłócić:

Absolutnie nie dążę do kłótni - nie wspomniałeś w opisie ani słowem o problemach z niezrównoważeniem napięcia wejściowego i stąd moje dochodzenie.
Uporczywie piszesz "bo działa" a ten schemat ciężko analizować, bo zawiera błędy.

Dlaczego zamiast tranzystorów nie użyłeś np 4053? jeden klucz przełączałby sygnał podawany na integrator, z dwóch pozostałych da się zbudować generator.

Większy opór klucza. 2n7000 ma kilka omów, a tanie scalone klucze kilkaset omów, i rozrzut oporu też jest większy. Tak jak jest, mamy kilka omów w stosunku do 220k, czyli prawie nic. Co miało znaczenie, bo wcześniej np integrator miał wzmocnienie, więc ten rezystor
który teraz jest 220k był mniejszy.

Jak tak czytam ten post to się upewniam w tym, żeby nie publikować żadnego Diy. Ciekawe czy tylko ja dochodzę do takiego wniosku ?

Ale co Ci się nie podoba? Dyskusja, co można zrobić inaczej?

Ja swoje DIY wrzucam, a głosy krytyki biorę na klatę. A jeśli uważam że są zasadne, to uznaję że czegoś się nauczyłem, i w przyszłości wykorzystuję.

Jeśli Ty uważasz, że jesteś absolutnie nieomylny, wszystko robisz tak, że lepiej się nie da i oczekujesz tylko pochwał i zachwytów, to chyba rzeczywiście możesz się zawieść...

yorgus_1978 wrote:

Załączam oryginał rysunku

Temat ciekawy, natomiast warto by chyba porządnie narysować schemat w jakimś KiCad'zie lub Eagle, żeby był jednoznaczny, czytelny i przejrzysty. Wtedy się też łatwoej dyskutuje. Tutaj - szczerze mówiąc - nie chce mi się tego nawet zbytnio analizować (a jest jakaś dyskusja o pozornej masie), ten galimatias zniechęca.

Świetny projekt - gratuluję.
Bardzo ciekawy i pouczający jest pomiar końcówek rezystora 100 mΩ.
od 2:00

https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic3773289.html

Też mi chodziło to po głowie ostatnio, ale miałem prostszy pomysł - metoda techniczna. Stabilizator 7805 użyty jako źródło prądowe i pomiar napięcia miliwoltomierzem, z ewentualnym wzmacniaczem. Do tego jakiś patent na kompensację zjawisk termoelektrycznych. Jak kiedyś poskładam, to może wrzucę.

mfac wrote:

Stabilizator 7805 użyty jako źródło prądowe i pomiar napięcia miliwoltomierzem.

Wadą tego rozwiązania jest dość duże wymagane napięcie zasilające, co najmniej ok. 7-8 V. Wynika to ze spadku napięcia zawartego w strukturze wewnętrznej tranzystora mocy. Lepiej zastosować w takim przypadku układ scalony LM317.

Klika innych rozwiązań powyższego tematu zebrałem poniżej:

AVT219..pdf Download (226.51 kB)
AVT212..pdf Download (1.05 MB)
AVT114..pdf Download (228.43 kB)
PE.pdf Download (1.97 MB)

Użycie dużego prądu nie wymaga przystawek, wystarczy zasilacz z ograniczeniem prądowym i miernik.
Jak na szybko trzeba sprawdzić np. opór grubego kawałka drutu to taki sposób jest ok. Do delikatniejszych rzeczy się to raczej nie nadaje.
Jedynie ten projekt z Praktycznego Elektronika jest ciekawszy, ale tu też nie ma fazoczułej detekcji. W praktyce
największe źródło zakłóceń mikrowoltowych poziomów sygnałów, to przydźwięk sieciowy. Mój układ jest na niego
i ogólnie na szumy odporny - z zasady działania lockina. Układ z praktycznego elektronika nie, on po prostu wzmacnia i mierzy napięcie
zmienne (chociaż przy zakresie typu 2 czy 20 om to może wciąż być ok).